[發明專利]海上風電新型基礎結構及其施工方法

在審

• 申請號: 202010832220.6
• 申請日: 2020-08-18
• 公開（公告）號: CN111910678A
• 公開（公告）日: 2020-11-10
• 發明（設計）人: 王衛;閆俊義
• 申請（專利權）人: 中國長江三峽集團有限公司
• 主分類號: E02D27/42
• 分類號: E02D27/42;E02D27/52;E02D7/00;E02D5/28;E02D5/60
• 代理公司: 宜昌市三峽專利事務所 42103
• 代理人: 李登橋

本發明公開了一種海上風電新型基礎結構及其施工方法，支撐結構由套管和翼板構成，所述支撐結構通過滑動裝置安裝于鋼管樁，兩者連接方式為滑動連接或固定連接。本發明海上風電新型基礎結構的施工方法包括如下步驟：S1利用沉樁設備打樁；S2將支撐結構吊起，通過滑動裝置穿過鋼管樁，伸入海床地基；S3利用輔助套管將支撐結構打至設計深度；S4回收輔助套管，根據工程需求，進行后續工序。本發明利用支撐結構提供的額外水平抗力，提高基礎結構的水平承載能力，利用套管降低翼板尺寸，通過相互獨立的支撐結構和鋼管樁，降低基礎結構制作、運輸和安裝的難度，使之適用于淺覆蓋層海域和水深35~50m海洋環境。

技術領域

本發明涉及海上風電技術領域，尤其涉及一種海上風電新型基礎結構及其施工方法。

背景技術

風電是清潔能源的重要組成部分，海上風電具有風速高、風速穩定、單機容量大等特點。目前，海上風機基礎型式包括單樁基礎、導管架基礎、漂浮式基礎等。由于單樁基礎具有海床地形適應性強、施工速度快、施工成本低等優點，在全球已建海上風電場基礎型式中的占比超過80%。

在海上風電機組運行期間，單樁基礎承受風、破浪、海流和海冰等產生的水平荷載，在水平循環荷載的作用下，樁基會產生較大的水平位移和鋼管樁變形。根據《海上風力發電場設計標準》（GB/T 51308-2019），單樁基礎泥面處累積傾角（側向位移幅度）不得超過0.25°。工程中，通常采用增大樁徑和增加樁身錨固深度的方式，提高單樁基礎水平承載力，降低單樁基礎水平位移，這種方式意味著單樁制作成本的增加，施工難度的提高。此外，我國部分海上風電場的海床地質條件為淺覆蓋層，往往需要進行嵌巖樁施工，進一步增加施工難度，增加海上風電場建設成本。近年來，研究學者提出在樁壁外側增設樁翼提高單樁基礎水平承載力不足（以下簡稱翼板樁），包括一種海上風電機組單樁基礎（CN202265837U）、一種帶穩定翼的海上風力發電機單樁基礎結構（CN102041813A）、一種T型翼板海上風機鋼管樁基礎（CN208899515U），在上述專利技術方案中，翼板通過直接焊接或通過連接部件焊接等方式固定于鋼管樁外壁，使用時，通過沉樁直接將翼板樁沉入海床泥面以下。然而，由于現有海上風電安裝船不具備直接安裝上述技術方案中翼板樁的能力，且施工單位沒有適合翼板樁的施工工藝，因此，目前國內外海上風電場并沒有翼板樁成功應用的工程示范。此外，上述專利技術方案中，翼板樁的翼板尺寸較大（翼板寬度不小于樁徑的1/2，不大于樁徑；翼板長度不小于樁徑，不大于樁徑的3倍），尺寸過大的翼板不易運輸、同時提高施工難度，以及在土壓力作用下翼板易發生扭曲變形。基于此，迫切需要提出一種海上風電新型基礎結構及其施工方法，新型基礎結構首先能提高足夠的水平承載力和減小樁身水平位移，其次可以利用現有施工設備和施工工藝進行安裝，最后可以減小翼板尺寸，提高工程可行性和節約成本。

發明內容

本發明旨在至少在一定程度上解決相關技術問題。為此，本發明提出一種海上風電新型基礎結構及其施工方法，利用套管和翼板組合而成的支撐結構，提高新型基礎結構的水平承載能力，通過設置于套管和鋼管樁上的滑動裝置連接部件，改進新型基礎結構的安裝方式，充分利用現有海上風電單樁基礎的安裝設備進行施工，提高新型基礎結構的工程可行性和經濟性。

為了實現上述的技術特征，本發明的目的是這樣實現的：海上風電新型基礎結構，它包括：

鋼管樁；

支撐結構，所述支撐結構由管套和翼板構成，所述套管內徑大于鋼管樁外徑；

滑動裝置，所述滑動裝置的第一連接部件設置于鋼管樁外壁，所述滑動裝置的第二連接部件設置于套管內壁，所述支撐結構通過滑動裝置安裝于鋼管樁；

其中，所述鋼管樁外壁滑動裝置第一連接部件與套管內壁滑動裝置第二連接部件組成滑動導軌，所述鋼管樁與支撐結構的連接方式為滑動連接、固定連接的一種，所述鋼管樁與支撐結構滑動連接時，兩者之間通過滑動裝置傳遞水平荷載，所述鋼管樁與支撐結構的固定連接是通過水下灌漿將鋼管樁外壁與支撐結構內壁之間的空腔填充，漿體凝固后形成固定連接。